異種金屬焊接

1、異種金屬焊接討論異種金屬焊接討論 首鋼礦業(yè)公司高級(jí)焊工繼續(xù)教育首鋼礦業(yè)公司高級(jí)焊工繼續(xù)教育 景士偉景士偉 2012年年6月月2日日 異種金屬的焊接異種金屬的焊接n所謂異種金屬的焊接，是指各種母材的物所謂異種金屬的焊接，是指各種母材的物理常數(shù)和金屬組織等性質(zhì)各不相同的金屬理常數(shù)和金屬組織等性質(zhì)各不相同的金屬之間的焊接。之間的焊接。 異種金屬的焊接主要包括三種情況：異種金屬的焊接主要包括三種情況： 鋼與銅焊接接頭 采用鎳合金焊條焊接鑄鐵接頭 奧氏體不銹復(fù)合鋼板焊接接頭第一節(jié) 異種金屬材料焊接接頭的特點(diǎn)n 一、異種金屬材料焊接接頭的特點(diǎn)一、異種金屬材料焊接接頭的特點(diǎn)n1化學(xué)成分的不均勻性化學(xué)成分的不

2、均勻性 異種金屬焊接時(shí)，由于焊縫兩側(cè)的金屬和焊縫的合金成異種金屬焊接時(shí)，由于焊縫兩側(cè)的金屬和焊縫的合金成分有明顯的差別。隨著焊縫形狀、母材厚度、焊條藥皮分有明顯的差別。隨著焊縫形狀、母材厚度、焊條藥皮或焊劑、保護(hù)氣體種類的不同，焊接熔池的行為也不一或焊劑、保護(hù)氣體種類的不同，焊接熔池的行為也不一樣。因而，母材的熔化量也將隨之而不同。熔敷金屬與樣。因而，母材的熔化量也將隨之而不同。熔敷金屬與母材熔化區(qū)的化學(xué)成分由于相互稀釋也將發(fā)生變化。由母材熔化區(qū)的化學(xué)成分由于相互稀釋也將發(fā)生變化。由此可見，異種金屬焊接接頭各區(qū)域化學(xué)成分的不均勻程此可見，異種金屬焊接接頭各區(qū)域化學(xué)成分的不均勻程度，不僅取決于母

3、材和填充材料各自的原始成分，同時(shí)度，不僅取決于母材和填充材料各自的原始成分，同時(shí)也隨焊接工藝而變化。例如異種金屬施焊時(shí)所用的焊接也隨焊接工藝而變化。例如異種金屬施焊時(shí)所用的焊接電流要盡量小，熔深要淺則受稀釋的影響就小。電流要盡量小，熔深要淺則受稀釋的影響就小。n2組織的不均勻性 由于焊接熱循環(huán)的作用，焊接接頭各區(qū)域的組織也不同，而且，往往在局部的地方出現(xiàn)相當(dāng)復(fù)雜的組織結(jié)構(gòu)。根據(jù)舍夫勒組織圖和稀釋率可以確定異種金屬焊接接頭中焊縫區(qū)的組織結(jié)構(gòu)。組織的不均勻性，決定于母材和填充材料的化學(xué)成分，同時(shí)也與焊接方法、焊道層次、焊接工藝以及焊后熱處理過程有關(guān)，若能在工藝上適當(dāng)調(diào)整，可以是焊接接頭的組織不均勻

4、程度得到一定改善。n3、性能的不均勻性、性能的不均勻性 焊接接頭各區(qū)域化學(xué)成分和組織的差異，帶來了焊接接焊接接頭各區(qū)域化學(xué)成分和組織的差異，帶來了焊接接頭力學(xué)性能的不同，沿接頭各區(qū)域的室溫強(qiáng)度、硬度、頭力學(xué)性能的不同，沿接頭各區(qū)域的室溫強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性都有很大的差別。有時(shí)在塑性、韌性都有很大的差別。有時(shí)在35個(gè)晶粒的范圍個(gè)晶粒的范圍內(nèi)，顯微硬度出現(xiàn)成倍的變化；在焊縫兩側(cè)的熱影響區(qū)，內(nèi)，顯微硬度出現(xiàn)成倍的變化；在焊縫兩側(cè)的熱影響區(qū)，其沖擊值甚至有幾倍之差。高溫下的蠕變極限和持久強(qiáng)其沖擊值甚至有幾倍之差。高溫下的蠕變極限和持久強(qiáng)度也會(huì)因成分和組織的不同，相差極為懸殊。度也會(huì)因成分和組織的不同

5、，相差極為懸殊。 物理性能對(duì)焊接接頭影響最大的因素有熱膨脹系數(shù)和熱物理性能對(duì)焊接接頭影響最大的因素有熱膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率，它們的差異很大程度上決定著焊接接頭在高溫下導(dǎo)率，它們的差異很大程度上決定著焊接接頭在高溫下的使用性能。的使用性能。n4應(yīng)力場(chǎng)分布的不均勻性應(yīng)力場(chǎng)分布的不均勻性 異種金屬焊接接頭中焊接殘余應(yīng)力分布不異種金屬焊接接頭中焊接殘余應(yīng)力分布不均勻，這是因?yàn)榻宇^各區(qū)域具有不同的塑均勻，這是因?yàn)榻宇^各區(qū)域具有不同的塑性決定的；另外，材料導(dǎo)熱性的差異，將性決定的；另外，材料導(dǎo)熱性的差異，將引起焊接熱循環(huán)溫度場(chǎng)的變化，也是殘余引起焊接熱循環(huán)溫度場(chǎng)的變化，也是殘余應(yīng)力分布不均勻的因素之一。應(yīng)力分

6、布不均勻的因素之一。第二節(jié) 異種金屬焊接時(shí)的焊接材料和焊接方法選擇n 一、異種鋼焊接時(shí)焊接方法的選擇原則一、異種鋼焊接時(shí)焊接方法的選擇原則 大部分的焊接方法都可以用于異種鋼的焊接，在一般大部分的焊接方法都可以用于異種鋼的焊接，在一般生產(chǎn)條件下使用焊條電弧焊最為方便，因?yàn)楹笚l的種類生產(chǎn)條件下使用焊條電弧焊最為方便，因?yàn)楹笚l的種類很多，便于選擇，適應(yīng)性強(qiáng)，可以根據(jù)不同的異種鋼組很多，便于選擇，適應(yīng)性強(qiáng)，可以根據(jù)不同的異種鋼組合確定適用的焊條，而且焊條電弧焊熔合比小。堆焊可合確定適用的焊條，而且焊條電弧焊熔合比小。堆焊可以降低熔合比。不同的珠光體鋼焊接以及珠光體鋼與高以降低熔合比。不同的珠光體鋼焊接

7、以及珠光體鋼與高鉻馬氏體鋼焊接，采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，具有廣泛鉻馬氏體鋼焊接，采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，具有廣泛實(shí)用性。高合金異種鋼焊接一般采用惰性氣體保護(hù)焊，實(shí)用性。高合金異種鋼焊接一般采用惰性氣體保護(hù)焊，一般薄件采用鎢極氬弧焊，厚件采用熔化極惰性氣體保一般薄件采用鎢極氬弧焊，厚件采用熔化極惰性氣體保護(hù)焊。如采用熔焊時(shí)，應(yīng)盡量采用小電流快速焊，以降護(hù)焊。如采用熔焊時(shí)，應(yīng)盡量采用小電流快速焊，以降低母才金屬的熔化量，保證較小的熔合比。低母才金屬的熔化量，保證較小的熔合比。n二、異種鋼焊接時(shí)焊接材料的選擇 正確選擇焊接材料是異種鋼焊接時(shí)的關(guān)鍵，接頭質(zhì)量和性能與焊接材料關(guān)系十分密切。 1）在焊接接

8、頭不產(chǎn)生裂紋等缺陷的前提下，如果不可能兼顧焊 縫金屬的強(qiáng)度和塑性，則應(yīng)該選用塑性較好的焊接材料。 2）在許多情況下焊縫金屬性能只需符合兩種母材中的一種，即認(rèn)為滿足技術(shù)要求。 3）焊接材料應(yīng)具有良好的工藝性能，焊縫成形美觀。 4）焊接材料應(yīng)經(jīng)濟(jì)、易得。 （12GrMoV+Q235 R317?E5015?） 第三節(jié) 異種鋼的焊接要點(diǎn)n 異種鋼焊接的主要問題是熔合線附近的金屬韌性下降。異種鋼焊接的主要問題是熔合線附近的金屬韌性下降。由于焊件經(jīng)受加熱和冷卻的作用，在熔合線附近產(chǎn)生脆由于焊件經(jīng)受加熱和冷卻的作用，在熔合線附近產(chǎn)生脆性的馬氏體組織和滲碳層，若再受到熱應(yīng)力的作用，就性的馬氏體組織和滲碳層，若

9、再受到熱應(yīng)力的作用，就很易產(chǎn)生裂紋。焊接參數(shù)、接頭形式、預(yù)熱溫度及操作很易產(chǎn)生裂紋。焊接參數(shù)、接頭形式、預(yù)熱溫度及操作技術(shù)等直接決定著焊縫的稀釋率。技術(shù)等直接決定著焊縫的稀釋率。 當(dāng)用當(dāng)用E308-16、E308-l5型焊條焊接奧氏體鋼與低碳鋼，型焊條焊接奧氏體鋼與低碳鋼，或焊接異種低合金鋼時(shí)，即使焊縫的稀釋率控制在或焊接異種低合金鋼時(shí)，即使焊縫的稀釋率控制在 20左右，也容易在熔合線附近出現(xiàn)脆性的過渡層，其寬度左右，也容易在熔合線附近出現(xiàn)脆性的過渡層，其寬度為為0108mm，金相組織屬于馬氏體類型，顯著地，金相組織屬于馬氏體類型，顯著地惡化了接頭的質(zhì)量。惡化了接頭的質(zhì)量。 奧氏體不銹鋼與其他

10、鋼材對(duì)接焊時(shí)，可在非不銹鋼一側(cè)奧氏體不銹鋼與其他鋼材對(duì)接焊時(shí)，可在非不銹鋼一側(cè)的坡口邊緣預(yù)先堆焊一層高鉻高鎳的金屬，焊條牌號(hào)選的坡口邊緣預(yù)先堆焊一層高鉻高鎳的金屬，焊條牌號(hào)選用用E30916、E30915。堆焊后再用相應(yīng)的奧氏體不銹。堆焊后再用相應(yīng)的奧氏體不銹鋼焊條焊接。鋼焊條焊接。 根據(jù)焊接性試驗(yàn)的結(jié)果，在對(duì)非不銹鋼一側(cè)鋼材進(jìn)行預(yù)根據(jù)焊接性試驗(yàn)的結(jié)果，在對(duì)非不銹鋼一側(cè)鋼材進(jìn)行預(yù)熱及焊后熱處理時(shí)，焊前應(yīng)在坡口上預(yù)熱、堆焊，堆焊熱及焊后熱處理時(shí)，焊前應(yīng)在坡口上預(yù)熱、堆焊，堆焊層數(shù)為層數(shù)為12層。堆焊后施以消除應(yīng)力的退火處理，用著層。堆焊后施以消除應(yīng)力的退火處理，用著色探傷檢查堆焊層。再用相應(yīng)的不

11、銹鋼焊條焊接對(duì)接接色探傷檢查堆焊層。再用相應(yīng)的不銹鋼焊條焊接對(duì)接接頭，此時(shí)不需預(yù)熱。有預(yù)堆焊層的異種鋼接頭的焊接順頭，此時(shí)不需預(yù)熱。有預(yù)堆焊層的異種鋼接頭的焊接順序如圖所示。序如圖所示。堆焊層的厚度以能隔離以后幾層焊接時(shí)電弧熱對(duì)母村金屬的作用，能防止產(chǎn)生淬硬傾向。堆焊層的厚度以能隔離以后幾層焊接時(shí)電弧熱對(duì)母村金屬的作用，能防止產(chǎn)生淬硬傾向。在低合金鋼坡口表面堆焊時(shí)，堆焊層的厚度為在低合金鋼坡口表面堆焊時(shí)，堆焊層的厚度為56mm。淬硬性強(qiáng)的鋼材，表面堆焊層厚。淬硬性強(qiáng)的鋼材，表面堆焊層厚度為度為78mm。 焊接過程中斷或收尾時(shí)，必須填滿弧坑，以免產(chǎn)生弧坑裂紋。焊后還應(yīng)防止焊縫受到焊接過程中斷或收

12、尾時(shí)，必須填滿弧坑，以免產(chǎn)生弧坑裂紋。焊后還應(yīng)防止焊縫受到冷卻硬化。冷卻硬化。 焊后熱處理的目的是提高接頭淬硬區(qū)的塑性及減小焊接焊后熱處理的目的是提高接頭淬硬區(qū)的塑性及減小焊接應(yīng)力，熱處理規(guī)范的選擇必須考慮到加熱、冷卻時(shí)對(duì)接應(yīng)力，熱處理規(guī)范的選擇必須考慮到加熱、冷卻時(shí)對(duì)接頭中兩種鋼材及焊縫性能的影響。用奧氏體鋼焊條焊成頭中兩種鋼材及焊縫性能的影響。用奧氏體鋼焊條焊成的異種鋼接頭，焊后一般不進(jìn)行熱處理。的異種鋼接頭，焊后一般不進(jìn)行熱處理。 異種鋼焊接接頭的熱處理是一個(gè)比較復(fù)雜的問題，一異種鋼焊接接頭的熱處理是一個(gè)比較復(fù)雜的問題，一般根據(jù)組合的母村金屬、焊縫的合金成分和結(jié)構(gòu)類型等般根據(jù)組合的母村金

13、屬、焊縫的合金成分和結(jié)構(gòu)類型等具體情況來確定。若兩種母村金屬均有淬硬傾向，則必具體情況來確定。若兩種母村金屬均有淬硬傾向，則必須進(jìn)行焊后熱處理。熱處理規(guī)范大多參照淬硬傾向較大須進(jìn)行焊后熱處理。熱處理規(guī)范大多參照淬硬傾向較大的鋼來確定的鋼來確定 兩種母村金屬的性能差別較大時(shí)，接頭的焊后熱處理兩種母村金屬的性能差別較大時(shí)，接頭的焊后熱處理并不能消除焊接應(yīng)力，而只能使應(yīng)力進(jìn)行重新分布。例并不能消除焊接應(yīng)力，而只能使應(yīng)力進(jìn)行重新分布。例如由如由1Cr18Ni9Ti不銹鋼與不銹鋼與12CrMo耐熱鋼焊成的接頭，不耐熱鋼焊成的接頭，不宜采用焊后熱處理。宜采用焊后熱處理。第四節(jié) 低碳鋼與低合金鋼的焊接n一、

14、焊接性一、焊接性 低合金鋼是在碳鋼的基礎(chǔ)上，加人少量或微量的合金低合金鋼是在碳鋼的基礎(chǔ)上，加人少量或微量的合金元素（合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過元素（合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過3），使碳鋼的組織發(fā)），使碳鋼的組織發(fā)生變化，從而獲得較高的屈服強(qiáng)度和較好的沖擊韌度。生變化，從而獲得較高的屈服強(qiáng)度和較好的沖擊韌度。隨著鋼中合金元素的增加，低合金鋼的強(qiáng)度等級(jí)逐步提隨著鋼中合金元素的增加，低合金鋼的強(qiáng)度等級(jí)逐步提高，碳當(dāng)量隨之增加，因此鋼的淬硬性增加，焊接性變高，碳當(dāng)量隨之增加，因此鋼的淬硬性增加，焊接性變差。差。 低碳鋼具有最優(yōu)良的焊接性。因此，低碳鋼和低合金低碳鋼具有最優(yōu)良的焊接性。因此，低碳鋼和低合金鋼焊接

15、時(shí)的焊接性僅決定于低合金鋼本身的焊接性。鋼焊接時(shí)的焊接性僅決定于低合金鋼本身的焊接性。 對(duì)于這兩種異種鋼焊接時(shí)的焊前準(zhǔn)備、焊接工藝和焊后對(duì)于這兩種異種鋼焊接時(shí)的焊前準(zhǔn)備、焊接工藝和焊后熱處理等工藝措施，根據(jù)低合金鋼來擬定。熱處理等工藝措施，根據(jù)低合金鋼來擬定。123焊前準(zhǔn)備n二、焊前準(zhǔn)備二、焊前準(zhǔn)備 300400MPa級(jí)別的低合金鋼，如級(jí)別的低合金鋼，如 Q345（16Mn）鋼，焊接性）鋼，焊接性和低碳鋼相差不多，隨著鋼種強(qiáng)度等級(jí)的提高，焊接性相對(duì)會(huì)下降。和低碳鋼相差不多，隨著鋼種強(qiáng)度等級(jí)的提高，焊接性相對(duì)會(huì)下降。 強(qiáng)度等級(jí)為強(qiáng)度等級(jí)為 450MPa級(jí)的級(jí)的 Q420（15Mn VN）鋼，在環(huán)

16、境溫度不）鋼，在環(huán)境溫度不太低時(shí)，可以不預(yù)熱，采用氧乙炔火焰進(jìn)行切割，切割后不需要加太低時(shí)，可以不預(yù)熱，采用氧乙炔火焰進(jìn)行切割，切割后不需要加工，即可直接進(jìn)行施焊，焊縫金屬也決不會(huì)因焊接坡口是氣割的而工，即可直接進(jìn)行施焊，焊縫金屬也決不會(huì)因焊接坡口是氣割的而產(chǎn)生裂紋。產(chǎn)生裂紋。 強(qiáng)度等級(jí)超過強(qiáng)度等級(jí)超過500MPa級(jí)的鋼種，如級(jí)的鋼種，如 18MnMoNb，14MnMoV和和 14MnMoVB等鋼，由于碳當(dāng)量比較高，氣割后在氣割邊緣用磁粉探等鋼，由于碳當(dāng)量比較高，氣割后在氣割邊緣用磁粉探傷時(shí)，常會(huì)發(fā)現(xiàn)有微裂紋，這些微裂紋必須用砂輪將其磨掉，才能傷時(shí)，常會(huì)發(fā)現(xiàn)有微裂紋，這些微裂紋必須用砂輪將其磨

17、掉，才能進(jìn)行施焊。進(jìn)行施焊。 對(duì)于強(qiáng)度等級(jí)更高或厚度較大的鋼材，焊接坡口若用氣割加工而對(duì)于強(qiáng)度等級(jí)更高或厚度較大的鋼材，焊接坡口若用氣割加工而成，為防止產(chǎn)生裂紋，可采用與焊接時(shí)相同的預(yù)熱參數(shù)進(jìn)行預(yù)熱。成，為防止產(chǎn)生裂紋，可采用與焊接時(shí)相同的預(yù)熱參數(shù)進(jìn)行預(yù)熱。n 三、焊接工藝三、焊接工藝 1裝配和定位焊裝配和定位焊 不允許強(qiáng)制裝配，對(duì)角變形不允許強(qiáng)制裝配，對(duì)角變形和錯(cuò)邊量要嚴(yán)格控制，避免因未焊透和應(yīng)力集中和錯(cuò)邊量要嚴(yán)格控制，避免因未焊透和應(yīng)力集中而引起的裂紋。為了防止裝配定位焊的開裂，一而引起的裂紋。為了防止裝配定位焊的開裂，一般定位焊的焊縫長度為般定位焊的焊縫長度為20100mm。如發(fā)現(xiàn)定。如

18、發(fā)現(xiàn)定位焊點(diǎn)有裂紋時(shí)，要立即清除，并移位重新進(jìn)行位焊點(diǎn)有裂紋時(shí)，要立即清除，并移位重新進(jìn)行定位焊。定位焊所選用的焊接工藝和材料應(yīng)與正定位焊。定位焊所選用的焊接工藝和材料應(yīng)與正式焊接要求相同式焊接要求相同n2預(yù)熱和層間溫度預(yù)熱和層間溫度 低碳鋼和低合金鋼進(jìn)行焊接時(shí)，要根低碳鋼和低合金鋼進(jìn)行焊接時(shí)，要根據(jù)低合金鋼選用預(yù)熱溫度。當(dāng)據(jù)低合金鋼選用預(yù)熱溫度。當(dāng)Q345（16Mn）鋼的厚度）鋼的厚度超過超過25mm時(shí)以及強(qiáng)度等級(jí)超過時(shí)以及強(qiáng)度等級(jí)超過500MPa級(jí)的低合金鋼與級(jí)的低合金鋼與低碳鋼焊接時(shí)，均應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱。預(yù)熱時(shí)，可以單獨(dú)對(duì)低低碳鋼焊接時(shí)，均應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱。預(yù)熱時(shí)，可以單獨(dú)對(duì)低合金鋼進(jìn)行，也可以與低

19、碳鋼裝配定位焊后預(yù)熱。預(yù)熱合金鋼進(jìn)行，也可以與低碳鋼裝配定位焊后預(yù)熱。預(yù)熱溫度不應(yīng)低于溫度不應(yīng)低于100。預(yù)熱的寬度為焊縫兩側(cè)各。預(yù)熱的寬度為焊縫兩側(cè)各100mm左右為宜。其方法可以用氧乙炔火焰或遠(yuǎn)紅外加熱。左右為宜。其方法可以用氧乙炔火焰或遠(yuǎn)紅外加熱。 為了保持預(yù)熱的作用，并促進(jìn)焊接過程中氫的擴(kuò)散逸出，為了保持預(yù)熱的作用，并促進(jìn)焊接過程中氫的擴(kuò)散逸出，層間溫度通常應(yīng)等于或略高于預(yù)熱溫度。但預(yù)熱溫度和層間溫度通常應(yīng)等于或略高于預(yù)熱溫度。但預(yù)熱溫度和層間溫度不應(yīng)過高，否則，可能會(huì)引起某些鋼種焊接接層間溫度不應(yīng)過高，否則，可能會(huì)引起某些鋼種焊接接頭組織和性能的惡化。頭組織和性能的惡化。預(yù)熱 層間溫

20、度n 3焊接材料焊接材料 低碳鋼和低合金鋼焊接時(shí)，低碳鋼和低合金鋼焊接時(shí)，要求焊縫金屬及焊接接頭的強(qiáng)度應(yīng)大于低要求焊縫金屬及焊接接頭的強(qiáng)度應(yīng)大于低碳鋼的強(qiáng)度；其塑性和沖擊韌度不應(yīng)低于碳鋼的強(qiáng)度；其塑性和沖擊韌度不應(yīng)低于低合金鋼。因此，焊接材料選擇的原則是：低合金鋼。因此，焊接材料選擇的原則是：強(qiáng)度、塑性和沖擊韌度都不能低于被焊鋼強(qiáng)度、塑性和沖擊韌度都不能低于被焊鋼材中的最低值。材中的最低值。 焊接材料低碳鋼低碳鋼低合金鋼低合金鋼強(qiáng)度強(qiáng)度塑性塑性 韌性韌性n4焊接熱輸入焊接熱輸入 為了減少這兩類鋼焊接接為了減少這兩類鋼焊接接頭熱影響區(qū)的淬硬傾向和消除冷裂紋，使頭熱影響區(qū)的淬硬傾向和消除冷裂紋，使

21、氫能從焊縫金屬中逸出，氫能從焊縫金屬中逸出，可以采用較大的可以采用較大的熱輸入熱輸入（線能量），即在電弧電壓不變的（線能量），即在電弧電壓不變的情況下，可用較大的焊接電流和較慢的焊情況下，可用較大的焊接電流和較慢的焊接速度。施焊時(shí)，允許焊條作橫向擺動(dòng)，接速度。施焊時(shí)，允許焊條作橫向擺動(dòng)，焊接熔池緩慢凝固，以利于氫的析出。焊接熔池緩慢凝固，以利于氫的析出。引弧和熄弧回火焊道無無淬淬硬硬傾傾向向有淬硬傾向有淬硬傾向n5焊后熱處理焊后熱處理 應(yīng)根據(jù)低合金鋼來決定是應(yīng)根據(jù)低合金鋼來決定是否需要焊后熱處理對(duì)于強(qiáng)度等級(jí)大于否需要焊后熱處理對(duì)于強(qiáng)度等級(jí)大于500MPa、具有延遲裂紋傾向的低合金鋼來、具有延遲

22、裂紋傾向的低合金鋼來說，焊后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行高溫回火，其作用是說，焊后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行高溫回火，其作用是使焊接接頭中的氫盡快地?cái)U(kuò)散析出，改善使焊接接頭中的氫盡快地?cái)U(kuò)散析出，改善熱影響區(qū)的顯微組織和減小焊接殘余應(yīng)力。熱影響區(qū)的顯微組織和減小焊接殘余應(yīng)力。焊后熱處理第五節(jié) 珠光體耐熱鋼與低合金鋼的焊接n一、焊接性一、焊接性 這類異種鋼焊接時(shí)的主要問題是焊接接頭的熱影響區(qū)或這類異種鋼焊接時(shí)的主要問題是焊接接頭的熱影響區(qū)或熔合區(qū)容易產(chǎn)生冷裂紋。為了消除或減少冷裂紋的形成，熔合區(qū)容易產(chǎn)生冷裂紋。為了消除或減少冷裂紋的形成，在設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，要選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，盡量避免在設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，要選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，盡量避

23、免焊接接頭應(yīng)力過于集中，減少焊接接頭應(yīng)力過于集中，減少T形和十字接頭的焊接結(jié)構(gòu)；形和十字接頭的焊接結(jié)構(gòu)；同時(shí)在焊前應(yīng)嚴(yán)格控制氫的來源，要嚴(yán)格清理。清洗焊同時(shí)在焊前應(yīng)嚴(yán)格控制氫的來源，要嚴(yán)格清理。清洗焊絲，烘干焊劑和焊條，盡量選用低氫型焊條，徹底清理絲，烘干焊劑和焊條，盡量選用低氫型焊條，徹底清理坡口兩側(cè)坡口兩側(cè)20mm內(nèi)的油污、鐵銹和油漆等；正確選用焊接內(nèi)的油污、鐵銹和油漆等；正確選用焊接參數(shù)。焊前要將待焊處進(jìn)行預(yù)熱，采用較大的焊接熱輸參數(shù)。焊前要將待焊處進(jìn)行預(yù)熱，采用較大的焊接熱輸人進(jìn)行焊接，焊后進(jìn)行緩冷或熱處理，選擇合理的焊接人進(jìn)行焊接，焊后進(jìn)行緩冷或熱處理，選擇合理的焊接順序以減少焊接殘

24、余應(yīng)力。順序以減少焊接殘余應(yīng)力。遷鋼3#爐坡口（Q345+15GrMo）n3#爐n 二、焊接方法二、焊接方法n 這類異種鋼可以選用焊條電弧焊和氣體這類異種鋼可以選用焊條電弧焊和氣體保護(hù)電弧焊等焊接方法。對(duì)于重要的高壓保護(hù)電弧焊等焊接方法。對(duì)于重要的高壓管道，可先采用手工鎢極氬弧焊（管道，可先采用手工鎢極氬弧焊（TIG）打）打底，然后用焊條電弧焊蓋面，以保證焊縫底，然后用焊條電弧焊蓋面，以保證焊縫質(zhì)量。質(zhì)量。n 三、預(yù)熱溫度和層間溫度三、預(yù)熱溫度和層間溫度 無論是定位焊，還是正式施焊，焊前均應(yīng)進(jìn)行無論是定位焊，還是正式施焊，焊前均應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱。預(yù)熱溫度可根據(jù)珠光體耐熱鋼的要求預(yù)熱。預(yù)熱溫度可根據(jù)珠

25、光體耐熱鋼的要求(4d or150mm)進(jìn)行選擇。可以整體或局部預(yù)熱。對(duì)進(jìn)行選擇?？梢哉w或局部預(yù)熱。對(duì)于焊接結(jié)構(gòu)剛度比較大、質(zhì)量要求高的產(chǎn)品，最于焊接結(jié)構(gòu)剛度比較大、質(zhì)量要求高的產(chǎn)品，最好采用整體預(yù)熱，而且多層焊時(shí)層間溫度不能低好采用整體預(yù)熱，而且多層焊時(shí)層間溫度不能低于此溫度，并一直要保持到焊接結(jié)束。焊接過程于此溫度，并一直要保持到焊接結(jié)束。焊接過程如果間斷，則焊件應(yīng)保溫后再緩慢冷卻，必要時(shí)，如果間斷，則焊件應(yīng)保溫后再緩慢冷卻，必要時(shí)，還應(yīng)進(jìn)行脫氫處理，再施焊時(shí)，仍按原要求重新還應(yīng)進(jìn)行脫氫處理，再施焊時(shí)，仍按原要求重新進(jìn)行預(yù)熱。進(jìn)行預(yù)熱。n 四、焊接材料和坡口四、焊接材料和坡口 珠光體耐熱

26、鋼與低合金鋼焊接時(shí)，應(yīng)根據(jù)鋼材珠光體耐熱鋼與低合金鋼焊接時(shí)，應(yīng)根據(jù)鋼材的力學(xué)性能來選擇相應(yīng)強(qiáng)度等級(jí)的焊接材料，而的力學(xué)性能來選擇相應(yīng)強(qiáng)度等級(jí)的焊接材料，而不是根據(jù)珠光體耐熱鋼的化學(xué)成分來選擇焊接材不是根據(jù)珠光體耐熱鋼的化學(xué)成分來選擇焊接材料。料。 焊接坡口的選擇原則是希望珠光體耐熱鋼熔入焊接坡口的選擇原則是希望珠光體耐熱鋼熔入焊縫金屬的量越少越好，即熔合比越小越好。其焊縫金屬的量越少越好，即熔合比越小越好。其目的是為了減少熱影響區(qū)脆硬的馬氏體組織，避目的是為了減少熱影響區(qū)脆硬的馬氏體組織，避免或減少出現(xiàn)冷裂紋。免或減少出現(xiàn)冷裂紋。n 五、焊后熱處理五、焊后熱處理 為了減少焊接接頭的殘余應(yīng)力，消

27、除延遲為了減少焊接接頭的殘余應(yīng)力，消除延遲裂紋，改善焊接接頭的力學(xué)性能，防止在裂紋，改善焊接接頭的力學(xué)性能，防止在使用過程中產(chǎn)生變形，焊后必須進(jìn)行回火使用過程中產(chǎn)生變形，焊后必須進(jìn)行回火熱處理。當(dāng)焊后不能立即進(jìn)行回火熱處理熱處理。當(dāng)焊后不能立即進(jìn)行回火熱處理時(shí)，要及時(shí)進(jìn)行后熱處理間熱到（時(shí)，要及時(shí)進(jìn)行后熱處理間熱到（200350，保溫，保溫26h）焊后熱處理的溫度要）焊后熱處理的溫度要以珠光體耐熱鋼為基準(zhǔn)以珠光體耐熱鋼為基準(zhǔn)(600 -650 )。第六節(jié) 珠光體鋼與奧氏體鋼的焊接n 一、珠光體鋼和奧氏體鋼的焊接性一、珠光體鋼和奧氏體鋼的焊接性 1焊縫的稀釋焊縫的稀釋 由于珠光體鋼合金元素含量相

28、對(duì)較低，所由于珠光體鋼合金元素含量相對(duì)較低，所以它對(duì)整個(gè)焊縫金屬的合金具有稀釋作用，從而使焊縫以它對(duì)整個(gè)焊縫金屬的合金具有稀釋作用，從而使焊縫的奧氏體形成元素含量減少，結(jié)果焊縫中可能會(huì)出現(xiàn)馬的奧氏體形成元素含量減少，結(jié)果焊縫中可能會(huì)出現(xiàn)馬氏體組織，導(dǎo)致焊接接頭性能惡化，嚴(yán)重時(shí)甚至可能出氏體組織，導(dǎo)致焊接接頭性能惡化，嚴(yán)重時(shí)甚至可能出現(xiàn)裂紋?，F(xiàn)裂紋。 焊縫的組織決定于焊縫的成分，而焊縫的成分決定于焊縫的組織決定于焊縫的成分，而焊縫的成分決定于母材的熔入量，即熔合比。因此，一定的熔合比決定了母材的熔入量，即熔合比。因此，一定的熔合比決定了一定的焊縫成分和組織。熔合比發(fā)生變化時(shí)，焊縫的成一定的焊縫成

29、分和組織。熔合比發(fā)生變化時(shí)，焊縫的成分和組織都要隨之發(fā)生相應(yīng)的變化，這種變化可以根據(jù)分和組織都要隨之發(fā)生相應(yīng)的變化，這種變化可以根據(jù)舍夫勒不銹鋼的組織圖來表示。舍夫勒不銹鋼的組織圖來表示。 2過渡層的形成過渡層的形成 由于珠光體鋼與奧氏體鋼填充金屬材料的由于珠光體鋼與奧氏體鋼填充金屬材料的成分相差懸殊。在緊靠珠光體鋼一側(cè)熔合成分相差懸殊。在緊靠珠光體鋼一側(cè)熔合線的焊縫金屬中，會(huì)形成和焊縫金屬內(nèi)部線的焊縫金屬中，會(huì)形成和焊縫金屬內(nèi)部成分不同的過渡層。離熔合線越近，珠光成分不同的過渡層。離熔合線越近，珠光體的稀釋作用越強(qiáng)烈，過渡層中含鉻、鎳體的稀釋作用越強(qiáng)烈，過渡層中含鉻、鎳量也越小，因此，其鉻當(dāng)

30、量和鎳當(dāng)量也相量也越小，因此，其鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量也相應(yīng)減少。對(duì)照舍夫勒組織圖可以看出，此應(yīng)減少。對(duì)照舍夫勒組織圖可以看出，此時(shí)過渡層將由奧氏體區(qū)十馬氏體，過渡層時(shí)過渡層將由奧氏體區(qū)十馬氏體，過渡層的寬度決定于所用焊條的類型。的寬度決定于所用焊條的類型。n3熔合區(qū)擴(kuò)散層的形成熔合區(qū)擴(kuò)散層的形成 奧氏體鋼和珠光體鋼組成的焊接接頭中，由于奧氏體鋼和珠光體鋼組成的焊接接頭中，由于珠光體鋼的合碳量較高，但合金元素含量較少珠光體鋼的合碳量較高，但合金元素含量較少（主要指碳化物形成元素）而奧氏體鋼則相反，（主要指碳化物形成元素）而奧氏體鋼則相反，這樣在熔合區(qū)珠光體鋼一側(cè)的碳和碳化物形成元這樣在熔合區(qū)珠光體鋼一

31、側(cè)的碳和碳化物形成元素含量差。當(dāng)接頭在溫度高于素含量差。當(dāng)接頭在溫度高于350400長期工長期工作時(shí)，熔合區(qū)便出現(xiàn)明顯的碳的擴(kuò)散，即碳從珠作時(shí)，熔合區(qū)便出現(xiàn)明顯的碳的擴(kuò)散，即碳從珠光體鋼一側(cè)通過熔合區(qū)向奧氏體焊縫擴(kuò)散。結(jié)果，光體鋼一側(cè)通過熔合區(qū)向奧氏體焊縫擴(kuò)散。結(jié)果，在靠近熔合區(qū)的珠光體鋼母材上形成了一層脫碳在靠近熔合區(qū)的珠光體鋼母材上形成了一層脫碳軟化層，在奧氏體焊縫一側(cè)產(chǎn)生了增碳硬化軟化層，在奧氏體焊縫一側(cè)產(chǎn)生了增碳硬化。 影響脫碳層發(fā)展的因素有：影響脫碳層發(fā)展的因素有：（1）接頭加熱溫度和在高溫停留的時(shí)間）接頭加熱溫度和在高溫停留的時(shí)間 600800時(shí)最為強(qiáng)烈時(shí)最為強(qiáng)烈 （2）碳化物形成

32、元素的影響）碳化物形成元素的影響 由弱到強(qiáng)接下列次序排列：由弱到強(qiáng)接下列次序排列：Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Ti。 （3）母材含碳量的影響）母材含碳量的影響 珠光體鋼中含碳量越高，擴(kuò)散層的發(fā)展越珠光體鋼中含碳量越高，擴(kuò)散層的發(fā)展越（4）鎳的影響）鎳的影響 鎳是一種石墨化元素，它會(huì)降低碳化物的穩(wěn)定性，并削弱碳化物鎳是一種石墨化元素，它會(huì)降低碳化物的穩(wěn)定性，并削弱碳化物形成元素對(duì)碳的結(jié)合能力，因此提高焊縫中的鎳含量，可以減形成元素對(duì)碳的結(jié)合能力，因此提高焊縫中的鎳含量，可以減弱擴(kuò)散層。弱擴(kuò)散層。 4，焊接接頭應(yīng)力狀態(tài)的特點(diǎn)，焊接接頭應(yīng)力狀態(tài)的特點(diǎn) 由于奧氏體鋼和焊縫金屬的線膨系數(shù)比珠光

33、體鋼由于奧氏體鋼和焊縫金屬的線膨系數(shù)比珠光體鋼大大3050，而熱導(dǎo)率卻只有珠光體鋼的，而熱導(dǎo)率卻只有珠光體鋼的50左右。因此，這種異種鋼的焊接接頭將會(huì)產(chǎn)生很左右。因此，這種異種鋼的焊接接頭將會(huì)產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，特別當(dāng)溫度變化速度較快時(shí)，由熱大的熱應(yīng)力，特別當(dāng)溫度變化速度較快時(shí)，由熱應(yīng)力引起的熱沖擊力像合金鋼淬火一樣容易引起應(yīng)力引起的熱沖擊力像合金鋼淬火一樣容易引起焊件開裂。此外，在交變溫度條件下工作時(shí)，由焊件開裂。此外，在交變溫度條件下工作時(shí)，由于珠光體鋼一側(cè)抗氧化性能較差，易被氧化形成于珠光體鋼一側(cè)抗氧化性能較差，易被氧化形成缺缺“，在反復(fù)熱應(yīng)力的作用下，缺口便沿著薄弱，在反復(fù)熱應(yīng)力的作用下

34、，缺口便沿著薄弱的脫碳層擴(kuò)展，形成所謂熱疲勞裂紋。的脫碳層擴(kuò)展，形成所謂熱疲勞裂紋。 這類異種鋼接頭焊后熱處理并不能消除殘余應(yīng)這類異種鋼接頭焊后熱處理并不能消除殘余應(yīng)力，只能引起應(yīng)力的重新分布，這一點(diǎn)與同種金力，只能引起應(yīng)力的重新分布，這一點(diǎn)與同種金屬的焊接有很大的不同。屬的焊接有很大的不同。 二、珠光體鋼和奧氏體鋼的焊接工藝二、珠光體鋼和奧氏體鋼的焊接工藝 1焊接方法的選擇焊接方法的選擇 由于焊條電弧焊時(shí)熔合比比較小而且操由于焊條電弧焊時(shí)熔合比比較小而且操作靈活，不受焊件形狀的限制，所以，焊作靈活，不受焊件形狀的限制，所以，焊接這類鋼時(shí)焊條電弧焊應(yīng)用最為普遍。接這類鋼時(shí)焊條電弧焊應(yīng)用最為普遍

35、。n 2焊接材料的選擇焊接材料的選擇 珠光體鋼與奧氏體鋼焊接時(shí)，焊縫及熔合珠光體鋼與奧氏體鋼焊接時(shí)，焊縫及熔合區(qū)的組織和性能主要取決于填充金屬材料。區(qū)的組織和性能主要取決于填充金屬材料。（1）克服珠光體鋼對(duì)焊縫的稀釋作用）克服珠光體鋼對(duì)焊縫的稀釋作用 （2）抑制熔合區(qū)碳的擴(kuò)散）抑制熔合區(qū)碳的擴(kuò)散 （3）改變焊接接頭的應(yīng)力分布如國外常用）改變焊接接頭的應(yīng)力分布如國外常用Cr15Ni70鎳基材料鎳基材料 (4)提高焊縫金屬抗熱裂紋的能力最好使焊縫提高焊縫金屬抗熱裂紋的能力最好使焊縫中含有體積分?jǐn)?shù)為中含有體積分?jǐn)?shù)為37的鐵素體組織的鐵素體組織 n 3焊接工藝焊接工藝 珠光體鋼與奧氏體鋼焊接時(shí)主要是減

36、少母珠光體鋼與奧氏體鋼焊接時(shí)主要是減少母村金屬熔入焊縫。村金屬熔入焊縫。 為降低熔合比，焊接時(shí)應(yīng)采用小直徑焊條為降低熔合比，焊接時(shí)應(yīng)采用小直徑焊條或焊絲。在可能的情況下、盡量采用小電或焊絲。在可能的情況下、盡量采用小電流、高電壓和快速焊接。流、高電壓和快速焊接。 運(yùn)行溫度高于運(yùn)行溫度高于400450的異種鋼焊接時(shí)，在的異種鋼焊接時(shí)，在珠光體耐熱鋼熱珠光體耐熱鋼熱12CrMoV）坡口上采用含釩、鈮、）坡口上采用含釩、鈮、鈦、鎢等碳化物形成元素的珠光體耐熱鋼焊條鈦、鎢等碳化物形成元素的珠光體耐熱鋼焊條（如（如E5515B2V、E5515-B2VNb 型焊條）型焊條）堆焊一層堆焊一層56mm的過渡層

37、，以限制珠光體鋼中的過渡層，以限制珠光體鋼中的碳向奧氏體焊縫擴(kuò)散。焊后在的碳向奧氏體焊縫擴(kuò)散。焊后在700760下進(jìn)下進(jìn)行回火處理，再用奧氏體鋼焊條（如行回火處理，再用奧氏體鋼焊條（如 E30915）焊接焊縫。焊接焊縫。 第七節(jié) 異種有色金屬的焊接n 一、鋁與銅的焊接一、鋁與銅的焊接1鋁與銅的焊接性鋁與銅的焊接性 鋁和銅的物理性能有很多的相同點(diǎn)，例鋁和銅的物理性能有很多的相同點(diǎn)，例如導(dǎo)電性，但也有不同點(diǎn)，例如熔點(diǎn)相差如導(dǎo)電性，但也有不同點(diǎn)，例如熔點(diǎn)相差423。因此，。因此，它們很難同時(shí)熔化，鋁在高溫下會(huì)強(qiáng)烈氧化，需要采取它們很難同時(shí)熔化，鋁在高溫下會(huì)強(qiáng)烈氧化，需要采取措施才能防止氧化和去除熔池

38、中的氧化物。鋁和銅在高措施才能防止氧化和去除熔池中的氧化物。鋁和銅在高溫時(shí)相互無限固熔，隨著溫度的下降，鋁在銅中的溶解溫時(shí)相互無限固熔，隨著溫度的下降，鋁在銅中的溶解度逐漸下降。到固態(tài)時(shí)為有限固溶。鋁和銅能形成多種度逐漸下降。到固態(tài)時(shí)為有限固溶。鋁和銅能形成多種以金屬化合物為主的固溶體相，其中包括以金屬化合物為主的固溶體相，其中包括AICu2、A12 Cu3、AICu、AI2Cu等。銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在等。銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1213以以下時(shí)的鋁銅合金，綜合性能最好，或者采用鋁基合金，下時(shí)的鋁銅合金，綜合性能最好，或者采用鋁基合金，以提高接頭的強(qiáng)度、塑性，盡量減少液態(tài)鋁和固態(tài)銅接以提高接頭的強(qiáng)度、塑性，盡

39、量減少液態(tài)鋁和固態(tài)銅接觸的時(shí)間。觸的時(shí)間。 n2鋁與銅的焊接工藝鋁與銅的焊接工藝（1）氬弧焊）氬弧焊 鋁與銅氬弧焊時(shí)，要將電弧向銅的一側(cè)偏移約鋁與銅氬弧焊時(shí)，要將電弧向銅的一側(cè)偏移約相當(dāng)于板厚相當(dāng)于板厚12的距離，以便達(dá)到兩種材料的均勻熔化，的距離，以便達(dá)到兩種材料的均勻熔化，在接頭的銅側(cè)形成約在接頭的銅側(cè)形成約310m厚的金屬化合物層，在接厚的金屬化合物層，在接頭的鋁側(cè)形成銅在鋁中的固溶體帶。由于金屬化合物的頭的鋁側(cè)形成銅在鋁中的固溶體帶。由于金屬化合物的顯微硬度極高，則接頭強(qiáng)度嚴(yán)重降低。通過試驗(yàn)，顯微硬度極高，則接頭強(qiáng)度嚴(yán)重降低。通過試驗(yàn)，lm厚厚的金屬化合物不會(huì)影響接頭的強(qiáng)度。在焊縫中加

40、人合金的金屬化合物不會(huì)影響接頭的強(qiáng)度。在焊縫中加人合金元素可以改善鋁銅熔焊接頭的質(zhì)量。加人鋅，鎂能限制元素可以改善鋁銅熔焊接頭的質(zhì)量。加人鋅，鎂能限制銅向鋁中過渡，加人鈣鎂能使表面活化，易于填滿樹枝銅向鋁中過渡，加人鈣鎂能使表面活化，易于填滿樹枝狀結(jié)晶的間隙，加人鈦、鋯、鉬等難熔金屬有助于細(xì)化狀結(jié)晶的間隙，加人鈦、鋯、鉬等難熔金屬有助于細(xì)化組織，加人硅、鋅能減少金屬間化合物。組織，加人硅、鋅能減少金屬間化合物。n（2）埋弧焊）埋弧焊 埋弧焊時(shí)其接頭形式和電弧與埋弧焊時(shí)其接頭形式和電弧與坡口的位置，如圖坡口的位置，如圖218所示。所示。n（3）壓焊）壓焊 在鋁銅焊接上應(yīng)用的時(shí)間較長，壓焊在鋁銅焊

41、接上應(yīng)用的時(shí)間較長，壓焊時(shí)為防止產(chǎn)生脆性化合物，常需在銅表面上鍍鋅、時(shí)為防止產(chǎn)生脆性化合物，常需在銅表面上鍍鋅、鋁或銀釬料。閃光焊需采用比鋼焊接時(shí)大鋁或銀釬料。閃光焊需采用比鋼焊接時(shí)大1倍的倍的焊接電流，比銅高焊接電流，比銅高4倍的送絲速度，倍的送絲速度，100300mms的高壓快速頂鍛和的高壓快速頂鍛和002004s的的通電頂鍛時(shí)間。這樣才能將脆性化合物和氧化物通電頂鍛時(shí)間。這樣才能將脆性化合物和氧化物均從接頭中擠出，并使接觸面處產(chǎn)生較大的塑性均從接頭中擠出，并使接觸面處產(chǎn)生較大的塑性變形，以獲得性能很好的接頭。變形，以獲得性能很好的接頭。1、鋁及合金的特點(diǎn)、鋁及合金的特點(diǎn)鋁及合金分類、成分

42、和性能鋁及合金分類、成分和性能特點(diǎn)：特點(diǎn)：純鋁（純鋁（Al)Al)熔點(diǎn)：熔點(diǎn)：665665，密度，密度，2.7g/cm2.7g/cm3 3, ,合金熔合金熔點(diǎn)約點(diǎn)約566 566 ，比強(qiáng)度高，熱容大，熔化潛熱高，；，比強(qiáng)度高，熱容大，熔化潛熱高，；致密氧化膜，耐蝕性好，導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，純鋁導(dǎo)熱致密氧化膜，耐蝕性好，導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，純鋁導(dǎo)熱性是低碳鋼的性是低碳鋼的6 6陪，線膨脹系數(shù)是低碳鋼的陪，線膨脹系數(shù)是低碳鋼的2 2陪。塑陪。塑性好，易加工成型和鑄造各類零件。性好，易加工成型和鑄造各類零件。工業(yè)純鋁工業(yè)純鋁變形鋁合金變形鋁合金鑄造鋁合金鑄造鋁合金第八節(jié)第八節(jié) 鋼與鋁及其合金的焊接鋼與鋁及其合金

43、的焊接1、鋁及合金的特點(diǎn)、鋁及合金的特點(diǎn)鋁及合金分類、成分和性能鋁及合金分類、成分和性能特點(diǎn)：特點(diǎn)：純鋁（純鋁（Al)Al)熔點(diǎn)：熔點(diǎn)：665665，密度，密度，2.7g/cm2.7g/cm3 3, ,合金熔合金熔點(diǎn)約點(diǎn)約566 566 ，比強(qiáng)度高，熱容大，熔化潛熱高，；，比強(qiáng)度高，熱容大，熔化潛熱高，；致密氧化膜，耐蝕性好，導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，純鋁導(dǎo)熱致密氧化膜，耐蝕性好，導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，純鋁導(dǎo)熱性是低碳鋼的性是低碳鋼的6 6陪，線膨脹系數(shù)是低碳鋼的陪，線膨脹系數(shù)是低碳鋼的2 2陪。塑陪。塑性好，易加工成型和鑄造各類零件。性好，易加工成型和鑄造各類零件。工業(yè)純鋁工業(yè)純鋁變形鋁合金變形鋁合金鑄造鋁合金

44、鑄造鋁合金鋼與鋁及其合金的焊接鋼與鋁及其合金的焊接鋁及合金分類、成分和性能鋁及合金分類、成分和性能分類分類合金名稱合金名稱合金系合金系性能特點(diǎn)性能特點(diǎn)示例示例鑄造鋁合金鑄造鋁合金簡單鋁硅合金簡單鋁硅合金Al-Si鑄造性能好，不能熱處鑄造性能好，不能熱處理強(qiáng)化，力學(xué)性能較低理強(qiáng)化，力學(xué)性能較低ZL102特殊鋁硅合金特殊鋁硅合金Al-Si-Mg鑄造性能良好，可熱處鑄造性能良好，可熱處理強(qiáng)化，力學(xué)性能較高理強(qiáng)化，力學(xué)性能較高ZL101Al-Si-CuZL107Al-Si-Mg-CuZL105,ZL110Al-Si-Mg-Cu-NiZL109鋁銅鑄造合金鋁銅鑄造合金Al-Cu耐熱性好，鑄造性能與耐熱性

45、好，鑄造性能與抗蝕性差抗蝕性差ZL201鋁鎂鑄造合金鋁鎂鑄造合金Al-Mg力學(xué)性能高，抗蝕性好力學(xué)性能高，抗蝕性好ZL301鋁鋅鑄造合金鋁鋅鑄造合金Al-Zn能自動(dòng)淬火，宜于壓鑄能自動(dòng)淬火，宜于壓鑄ZL401鋁稀土鑄造合金鋁稀土鑄造合金Al-Re耐熱性能好耐熱性能好變形鋁合變形鋁合金金不能熱處理強(qiáng)化不能熱處理強(qiáng)化鋁合金鋁合金防銹鋁防銹鋁Al-Mn抗蝕性、壓力加工性與抗蝕性、壓力加工性與焊接性能好，但強(qiáng)度較焊接性能好，但強(qiáng)度較低低3A21Al-Mg5A05可熱處理強(qiáng)化鋁可熱處理強(qiáng)化鋁合金合金硬鋁硬鋁Al-Cu-Mg力學(xué)性能高力學(xué)性能高2A11,2A12超硬鋁超硬鋁Al-Cu-Mg-Zn室溫強(qiáng)度最

46、高室溫強(qiáng)度最高7A04,7A09鍛鋁鍛鋁Al-Mg-Si-Cu鍛造性能好鍛造性能好耐熱性能好耐熱性能好2A14,2A50Al-Cu-Mg-Fe-Ni2A70,2A80純鋁和鋁合金純鋁和鋁合金牌號(hào)命命牌號(hào)命命 GB/T3190-1996和和GB/164741996 l4位字符牌號(hào)位字符牌號(hào)1或或1A 純鋁純鋁2 AlCu3 AlMn4 AlSi5 AlMg6 AlMgSi7 AlZn8 Al其他其他9 Al備用備用鋼與鋁及其合金的焊接鋼與鋁及其合金的焊接 近年來，近年來，環(huán)保問題越來越受到世界各國的重視環(huán)保問題越來越受到世界各國的重視,汽車工業(yè)汽車工業(yè)為了節(jié)約燃料、保護(hù)環(huán)境、不斷努力減輕汽車重量

47、為了節(jié)約燃料、保護(hù)環(huán)境、不斷努力減輕汽車重量,因此因此對(duì)汽車用材料提出了更高的要求。增加鋁材的使用量是對(duì)汽車用材料提出了更高的要求。增加鋁材的使用量是其中的重要措施之一。其中的重要措施之一。 在國外工業(yè)生產(chǎn)中，采用在國外工業(yè)生產(chǎn)中，采用“鋼鋁鋼鋁”雙金屬焊接結(jié)構(gòu)的雙金屬焊接結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品越來越多。由于鋁及鋁合金的密度小、比強(qiáng)度高，產(chǎn)品越來越多。由于鋁及鋁合金的密度小、比強(qiáng)度高，且具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和耐蝕性，為了充分發(fā)揮且具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和耐蝕性，為了充分發(fā)揮材料的材料的固有性能和節(jié)省材料固有性能和節(jié)省材料，將鋼與鋁及鋁合金焊接成，將鋼與鋁及鋁合金焊接成為異種金屬結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和

48、良好的經(jīng)濟(jì)效益為異種金屬結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和良好的經(jīng)濟(jì)效益 鋼與鋁及其合金的焊接鋼與鋁及其合金的焊接2、鋼與鋁及其合金的焊接特性、鋼與鋁及其合金的焊接特性鋼與鋁及其合金的焊接鋼與鋁及其合金的焊接2、鋼與鋁及其合金的焊接特性、鋼與鋁及其合金的焊接特性 在汽車工業(yè)生產(chǎn)中在汽車工業(yè)生產(chǎn)中,采用采用“鋼鋼+鋁鋁”雙金屬焊接結(jié)構(gòu)成為汽車輕量雙金屬焊接結(jié)構(gòu)成為汽車輕量化化的首選方案的首選方案, 這必然涉及到鋁和鋼兩種材料之間的連接。這必然涉及到鋁和鋼兩種材料之間的連接。從從21世紀(jì)初開始世紀(jì)初開始,國內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)和汽車生產(chǎn)廠家便一直在尋國內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)和汽車生產(chǎn)廠家便一直在尋找一種有效的焊接方法來

49、減輕汽車的重量。美國成立了找一種有效的焊接方法來減輕汽車的重量。美國成立了“新一代新一代汽車合作計(jì)劃汽車合作計(jì)劃” 。1994年以來年以來, 美國政府已為此投入了美國政府已為此投入了15億美億美元的研究開發(fā)元的研究開發(fā)資金資金,美國美國3大汽車公司僅在大汽車公司僅在1999年就投入了開發(fā)經(jīng)費(fèi)共達(dá)年就投入了開發(fā)經(jīng)費(fèi)共達(dá)98億美元億美元, 減輕整減輕整車重量是其中的一個(gè)核心目的。布什新政府在車重量是其中的一個(gè)核心目的。布什新政府在2002年則推出了一年則推出了一個(gè)自由車項(xiàng)目個(gè)自由車項(xiàng)目,該項(xiàng)目的長期目標(biāo)是高效、價(jià)廉、無污染該項(xiàng)目的長期目標(biāo)是高效、價(jià)廉、無污染,汽車輕汽車輕量化也是重要研究內(nèi)容之一。

50、量化也是重要研究內(nèi)容之一。鋼與鋁及其合金的焊接鋼與鋁及其合金的焊接2、鋼與鋁及其合金的焊接特性、鋼與鋁及其合金的焊接特性 汽車輕量化的要求必然涉及到鋁鋼之間的焊接汽車輕量化的要求必然涉及到鋁鋼之間的焊接,而鋁而鋁鋼之間的焊接一直是焊接領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題和難點(diǎn)鋼之間的焊接一直是焊接領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題和難點(diǎn)問題問題,鋁鋼焊接的主要問題：鋁鋼焊接的主要問題：兩者之間的的固溶度較低、熱物理性能差異較大兩者之間的的固溶度較低、熱物理性能差異較大, 并且兩者極易反應(yīng)生成脆性的金屬間化合物并且兩者極易反應(yīng)生成脆性的金屬間化合物, 這種這種脆性的金屬間化合物極大地降低了焊接接頭的力脆性的金屬間化合物極大地降低了焊接接

51、頭的力學(xué)性能學(xué)性能鋼與鋁及其合金的焊接鋼與鋁及其合金的焊接2、鋼與鋁及其合金的焊接特性、鋼與鋁及其合金的焊接特性 鐵與鋁既可以形成鐵與鋁既可以形成固溶體、金屬間化合物固溶體、金屬間化合物，又可以形成又可以形成共晶體共晶體。鐵在固態(tài)鋁中的溶解度極小，。鐵在固態(tài)鋁中的溶解度極小，室溫下鐵幾乎不溶于鋁，所以含微量鐵的鋁合金在室溫下鐵幾乎不溶于鋁，所以含微量鐵的鋁合金在冷卻過程中會(huì)產(chǎn)生金屬間化合物冷卻過程中會(huì)產(chǎn)生金屬間化合物FeAl3。隨著含鐵。隨著含鐵量的增加，相繼出現(xiàn)量的增加，相繼出現(xiàn)Fe2Al、Fe2Al7、Fe2Al5、Fe2Al2和和FeAl等，其中等，其中Fe2Al5的脆性最大。由于在的脆

52、性最大。由于在鋁合金中的鋁合金中的鐵總是以金屬間化合物形式存在鐵總是以金屬間化合物形式存在，其存，其存在會(huì)影響鋁的力學(xué)性能和焊接性能。在會(huì)影響鋁的力學(xué)性能和焊接性能。 鋁中加入鐵會(huì)提高強(qiáng)度和硬度，降低塑性，增大脆性，對(duì)鋁中加入鐵會(huì)提高強(qiáng)度和硬度，降低塑性，增大脆性，對(duì)焊接性影響嚴(yán)重。并且焊接性影響嚴(yán)重。并且鋁在鐵中的溶解度比鐵在鋁中的溶解鋁在鐵中的溶解度比鐵在鋁中的溶解度在很多倍度在很多倍，含大量鋁的鋼，具有某些良好的性能（如抗氧，含大量鋁的鋼，具有某些良好的性能（如抗氧化性），但含鋁量超過化性），但含鋁量超過5以上時(shí)具有較大的脆性以上時(shí)具有較大的脆性，嚴(yán)重地，嚴(yán)重地影響焊接性。影響焊接性。熔

53、點(diǎn)相差大 _ Al先熔，鋼處于固態(tài)線膨脹系數(shù)相差大 _ 熱應(yīng)力，熱裂紋Al氧化 _ Al2O3， 焊縫夾渣助焊劑使用鋼與鋁及其合金的焊接鋼與鋁及其合金的焊接鋼與鋁及鋁合金的物理性能對(duì)比鋼與鋁及鋁合金的物理性能對(duì)比材材 料料熔點(diǎn)熔點(diǎn)/熱導(dǎo)率熱導(dǎo)率/W.m-1.K-1密密 度度/g.cm-3線膨脹系數(shù)線膨脹系數(shù)/10-6.K-1電阻率電阻率/10-6.cm鋼鋼碳鋼碳鋼Q235150077.57.8611.761.5不銹鋼不銹鋼1Cr18Ni9Ti145016.37.9816.67.4鋁及鋁合鋁及鋁合金金純鋁純鋁1060（L2）658217.72.70242.66 防銹鋁防銹鋁5A03(LF3)61

54、0146.52.6723.54.96 防銹鋁防銹鋁5A06(LF6)580117.22.6424.76.73 防銹鋁防銹鋁3A21(LF21)643163.32.7323.23.45 硬鋁硬鋁2A12(LY12)502121.42.7822.75.79 硬鋁硬鋁2A14(LD10)510159.12.8022.54.30鋼與鋁及其合金的焊接鋼與鋁及其合金的焊接鋼與鋁及其合金的焊接鋼與鋁及其合金的焊接（1 ） 熔焊特點(diǎn)熔焊特點(diǎn) 鋼與鋁及鋁合金鋼與鋁及鋁合金熔焊熔焊時(shí)，一般采用時(shí)，一般采用氬弧焊氬弧焊、電子束焊電子束焊以及以及氣焊氣焊等焊接方法。要想獲得良好的接頭，必須保證等焊接方法。要想獲得良好

55、的接頭，必須保證在接頭上在接頭上不產(chǎn)生金屬間化合物不產(chǎn)生金屬間化合物。熔焊時(shí)，必須在。熔焊時(shí)，必須在鋼表面鋼表面鍍一層過渡金屬鍍一層過渡金屬，此過渡層金屬與鋁要有很好的結(jié)合性，此過渡層金屬與鋁要有很好的結(jié)合性，才能形成良好的焊接接頭。，才能形成良好的焊接接頭。為解決鋼與鋁熔焊時(shí)的困難，常采用的工藝措施有以下幾種。為解決鋼與鋁熔焊時(shí)的困難，常采用的工藝措施有以下幾種。 在鋼表面鍍上與鋁相匹配的第三種金屬，如在鋼表面鍍上與鋁相匹配的第三種金屬，如鋅、銀鋅、銀等，厚度約等，厚度約3040m為過渡層，鋼側(cè)為為過渡層，鋼側(cè)為釬焊釬焊，鋁側(cè)為，鋁側(cè)為熔焊熔焊。 對(duì)接焊時(shí)，使用對(duì)接焊時(shí)，使用K形坡口，坡口開

56、在鋼材側(cè)。焊接熱源偏在鋁形坡口，坡口開在鋼材側(cè)。焊接熱源偏在鋁材一側(cè)，以使兩側(cè)受熱情況均衡，防止鍍層金屬蒸發(fā)。材一側(cè)，以使兩側(cè)受熱情況均衡，防止鍍層金屬蒸發(fā)。 使用氣體保護(hù)進(jìn)行焊接，如采用氬弧焊。使用氣體保護(hù)進(jìn)行焊接，如采用氬弧焊。（2） 壓焊特點(diǎn)壓焊特點(diǎn) 鋼與鋁采用鋼與鋁采用摩擦焊、超聲波焊、擴(kuò)散焊和冷壓焊摩擦焊、超聲波焊、擴(kuò)散焊和冷壓焊等壓焊方法進(jìn)行焊等壓焊方法進(jìn)行焊接，也可以得到良好的接頭，但這些焊接方法有一個(gè)共同的缺點(diǎn)，就接，也可以得到良好的接頭，但這些焊接方法有一個(gè)共同的缺點(diǎn)，就是焊件的形狀受到一定的限制。是焊件的形狀受到一定的限制。 壓焊有利于鋼與鋁及鋁合金的焊接，焊前必須徹底清理

57、連接表面，壓焊有利于鋼與鋁及鋁合金的焊接，焊前必須徹底清理連接表面，消除氧化物及薄膜消除氧化物及薄膜，同時(shí)要保證接頭處，同時(shí)要保證接頭處變形量在變形量在70%80%以上。為以上。為了得到更好的焊接接頭，也可在鋼母材金屬表面先鍍一層了得到更好的焊接接頭，也可在鋼母材金屬表面先鍍一層Zn、Cu或或Ag。 碳鋼與純鋁的冷壓焊接頭，強(qiáng)度可達(dá)碳鋼與純鋁的冷壓焊接頭，強(qiáng)度可達(dá)80100MPa；18-8奧氏體不奧氏體不銹鋼與銹鋼與Al-Mg合金的接頭強(qiáng)度可達(dá)合金的接頭強(qiáng)度可達(dá)200300MPa。采用摩擦焊時(shí)，為采用摩擦焊時(shí)，為防止產(chǎn)生金屬間化合物，應(yīng)盡量縮短接頭的加熱時(shí)間并施加較大的擠防止產(chǎn)生金屬間化合物，

58、應(yīng)盡量縮短接頭的加熱時(shí)間并施加較大的擠壓力，以便將可能形成的金屬間化合物擠出接頭區(qū)。但加熱時(shí)間不能壓力，以便將可能形成的金屬間化合物擠出接頭區(qū)。但加熱時(shí)間不能過短，以免塑性變形量不足而不能形成完全結(jié)合。過短，以免塑性變形量不足而不能形成完全結(jié)合。 鋼與鋁及其合金的焊接鋼與鋁及其合金的焊接（1）鋼與鋁及鋁合金的）鋼與鋁及鋁合金的氬弧焊氬弧焊 碳鋼碳鋼Q235與防銹鋁與防銹鋁的氬弧焊的氬弧焊 碳鋼與鋁的常用鎢極氬弧焊進(jìn)行焊接，焊接時(shí)采用直徑碳鋼與鋁的常用鎢極氬弧焊進(jìn)行焊接，焊接時(shí)采用直徑3mm的鎢電極，的鎢電極，隨著工件厚度的增加，焊接電流、焊接電壓也相應(yīng)的增加，焊接中填隨著工件厚度的增加，焊接電

59、流、焊接電壓也相應(yīng)的增加，焊接中填充金屬采用充金屬采用Ni-Zn-Si系合金系合金。Q235碳鋼與防銹鋁碳鋼與防銹鋁5A06（LF6）氬弧焊）氬弧焊的工藝參數(shù)見表的工藝參數(shù)見表2。 鋼與鋁及其合金的焊接鋼與鋁及其合金的焊接3、鋼與鋁及其合金的焊接工藝、鋼與鋁及其合金的焊接工藝表表2 Q235碳鋼與防銹鋁碳鋼與防銹鋁5A06 氬弧焊的工藝參數(shù)氬弧焊的工藝參數(shù)被焊材料被焊材料厚度厚度/mm電極材料、電極材料、直徑直徑/mm焊接電流焊接電流/A焊接電壓焊接電壓/V焊接速度焊接速度/cm.s-1填充金屬化學(xué)成填充金屬化學(xué)成分分/%Q235A+LF63鎢極，鎢極，3110130160.180.22Ni3

60、.5,Zn7,Si 45,Al余量余量Q235A+LF668鎢極，鎢極，3130160180.180.24Q235A+LF6910鎢極，鎢極，3180200200.180.28（1）鋼與鋁及鋁合金的）鋼與鋁及鋁合金的氬弧焊氬弧焊 鍍鋅低碳鋼與鋁及鋁合金的氬弧焊鍍鋅低碳鋼與鋁及鋁合金的氬弧焊 低碳鋼與鋁及鋁合金（低碳鋼與鋁及鋁合金（L1、L2、L3、LF21、LF3和和LF5等）氬弧焊時(shí)，在碳鋼等）氬弧焊時(shí)，在碳鋼表面鍍厚度為表面鍍厚度為35m的的Zn、Sn、Ag可以獲得較好的接頭。但鍍可以獲得較好的接頭。但鍍Cu、Ni、Al等中間層，焊后接頭強(qiáng)度不高。采用浸漬法鍍上等中間層，焊后接頭強(qiáng)度不高。